5.4.1　微通道流动

5.4.1　微通道流动

微通道是微流控芯片中最基本的结构。正是作为载体的流体在通道中运动，带动了溶质、颗粒、气泡等在芯片中运行。因此微通道中液体流动的模拟是微流控芯片数值建模的基本要求。在具体设计中，为了提高芯片的面积利用率，通常将通道设置成弯曲的U形通道，如图5.9所示。

流体在压力推送下，从左侧的通道入口流入，从右侧的出口流出。流体在通道中的流动符合泊肃叶流(Poiseuille flow)规律，即管道内不可压缩黏性层流。在二维情况下，泊肃叶流可以描述为一对平行平板中的流动，其特征为垂直于流动方向的速度剖面是以管道中心流速为峰值的抛物线，如图5.10所示。

图5.9　U形通道结构

图5.10　通道流在流动方向的速度剖面分布

根据泊肃叶定律，其速度抛物线分布规律与通道出入口的压力、流体的密度等有关，满足的解析关系如下：

式中，ux ——　通道在纵向位置的水平速度；

P in，P out ——　入口和出口的压力；

Lx ——　通道的长度；

υ——　流体的运动黏度；

ρ0——　流体的密度；

h ——　通道的宽度；

y ——　纵向坐标。注意：坐标原点在通道的中心线上。

以上公式是二维情况下泊肃叶流动的准确描述。通过编程实现的模拟结果需要与之保持严格一致，方能证明模拟结果的正确性。对于LBM初学者，通道流程序通常是必要的练手程序，也是学习后续模型的重要基础。